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Enciclopedia Universo

Revelados los secretos de la atmósfera de Titán: los rayos cósmicos galácticos afectan la luna más grande de Saturno

Optical Image of Titan

Imagen óptica de titán

Imagen óptica de Titán tomada por la nave espacial Cassini de la NASA. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Científicos planetarios que usan el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) revelaron los secretos de la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno. El equipo encontró una huella química en la atmósfera de Titán que indica que los rayos cósmicos provenientes del exterior del Sistema Solar afectan las reacciones químicas involucradas en la formación de moléculas orgánicas que contienen nitrógeno. Esta es la primera confirmación de observación de tales procesos e impacta la comprensión del entorno intrigante de Titán.

Titán está atrayendo mucho interés debido a su atmósfera única con una serie de moléculas orgánicas que forman un entorno prebiótico.

Takahiro Iino, científico de la Universidad de Tokio, y su equipo utilizaron ALMA para revelar los procesos químicos en la atmósfera de Titán. Encontraron señales débiles pero firmes de acetonitrilo (CH3CN) y su isotopómero raro CH3C15N en los datos de ALMA.

Atmósfera ALMA Spectra Titans

Las líneas verticales punteadas indican la frecuencia de las líneas de emisión de dos moléculas predichas por un modelo teórico. Crédito: Iino et al. (La universidad de Tokio)

"Descubrimos que la abundancia de 14N en acetonitrilo es mayor que en otras especies que contienen nitrógeno, como HCN y HC3N", dice Iino. "Coincide bien con la reciente simulación por computadora de procesos químicos con rayos cósmicos de alta energía".

Hay dos jugadores importantes en los procesos químicos de la atmósfera: la luz ultravioleta (UV) del Sol y los rayos cósmicos que provienen del exterior del Sistema Solar. En la atmósfera superior, la luz UV destruye selectivamente las moléculas de nitrógeno que contienen 15N porque la luz UV con la longitud de onda específica que interactúa con 14N14N se absorbe fácilmente a esa altitud. Por lo tanto, las especies con nitrógeno producidas a esa altitud tienden a exhibir una alta abundancia de 15N. Por otro lado, los rayos cósmicos penetran más profundamente e interactúan con las moléculas de nitrógeno que contienen 14N. Como resultado, hay una diferencia en la abundancia de moléculas con 14N y 15N. El equipo reveló que el acetonitrilo en la estratosfera es más abundante en 14N que los de otras moléculas portadoras de nitrógeno previamente medidas.

"Suponemos que los rayos cósmicos galácticos juegan un papel importante en las atmósferas de otros cuerpos del sistema solar", dice Hideo Sagawa, profesor asociado de la Universidad de Kyoto Sangyo y miembro del equipo de investigación. "El proceso podría ser universal, por lo que comprender el papel de los rayos cósmicos en Titán es crucial en la ciencia planetaria en general".

Titán es uno de los objetos más populares en las observaciones de ALMA. Los datos obtenidos con ALMA deben calibrarse para eliminar las fluctuaciones debidas a variaciones del clima in situ y fallas mecánicas. Para hacer referencia, el personal del observatorio a menudo apunta el telescopio a fuentes brillantes, como Titán, de vez en cuando en observaciones científicas. Por lo tanto, se almacena una gran cantidad de datos de Titán en el Archivo Científico de ALMA. Iino y su equipo buscaron en el archivo y volvieron a analizar los datos de Titán y encontraron huellas digitales sutiles de cantidades muy pequeñas de CH3C15N.

El papel y el equipo de investigación.

Estos resultados de observación se publicaron en el Astrophysical Journal en febrero de 2019.

Los miembros del equipo de investigación son: Takahiro Iino (Universidad de Tokio), Hideo Sagawa (Universidad de Kyoto Sangyo) y Takashi Tsukagoshi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón).

Esta investigación fue apoyada por el JSPS KAKENHI (No. 17K14420 y 19K14782), la Fundación para el Avance de las Telecomunicaciones y el Centro de Astrobiología, Institutos Nacionales de Ciencias Naturales.

Referencia: "Relación isotópica 14N / 15N en CH3CN de la atmósfera de Titán medida con ALMA" por Takahiro Iino, Hideo Sagawa y Takashi Tsukagoshi, 17 de febrero de 2020, Astrophysical Journal. DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab66b0

El Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), una instalación de astronomía internacional, es una asociación de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Sur (ESO), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencia Espacial de Corea (KASI). La construcción y las operaciones de ALMA son dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto de ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.